FR3108120A1 - Module de couverture, dispositif et système de méthanisation - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un module de couverture (120) d’une cuve (110) de méthanisation de méthanisation, ladite cuve (110) étant adaptée pour recevoir des matières organiques (M) et comprenant un fond (112) et au moins une paroi (114) verticale délimitant une ouverture (116), ledit module de couverture (120) comprenant un élément couvrant (122), comportant au moins une membrane souple configurée pour s’étendre dans ladite ouverture (116), et une unité de flottaison périphérique se présentant sous la forme d’une bouée annulaire (126) reliée à ladite au moins une membrane souple et configurée à la fois pour maintenir l’au moins une membrane souple au-dessus des matières organiques (M) afin de concentrer le biogaz produit par les matières organiques (M) et pour se déplacer verticalement de manière étanche le long de la paroi (114) de la cuve (110) avec les matières organiques (M). Figure pour l’abrégé : figure 1

Description

Module de couverture, dispositif et système de méthanisation
La présente invention se rapporte au domaine de la méthanisation et concerne plus particulièrement un module de couverture d’une cuve de méthanisation. Le module de couverture selon l’invention permet notamment le captage du biogaz issu de la transformation de la fraction fermentescible d’effluents d’élevage en biogaz.
Etat de la technique
La méthanisation des matières organiques est un processus naturel connu qui permet de transformer des matières organiques, notamment des matières agricoles, en biogaz. La méthanisation s’effectue par dégradation biologique des matières organiques par un consortium microbien comportant des bactéries. Il est ainsi connu de transformer en biogaz la fraction fermentescible des effluents d’élevage en disposant ces effluents dans une fosse à lisier aménagée dans le sol.
Afin de rendre la fosse au moins en partie étanche et améliorer ainsi l’efficacité de la méthanisation, il est connu de la recouvrir d’une bâche souple. Une telle solution ne permet toutefois pas de capter le biogaz issu de la transformation de la fraction fermentescible des effluents d’élevage. Aussi, lorsque l’on souhaite collecter le biogaz issu de la transformation de la fraction fermentescible des effluents d’élevage, il est nécessaire de déposer les effluents dans un méthaniseur ou fermenteur.
Un méthaniseur comprend de manière connue une cuve appelée digesteur, dans lequel on place les effluents, et un dispositif de collecte de biogaz. Dans un premier type de méthaniseur, la cuve est de forme cylindrique, par exemple réalisée en béton. Les effluents sont acheminés à l’intérieur de la cuve par un conduit d’entrée relié à une extrémité de la cuve et le dispositif de collecte de biogaz se présente sous la forme d’un conduit de sortie relié à l’autre extrémité de la cuve. Dans un deuxième type de méthaniseur, la cuve est enfouie dans le sol, les effluents sont acheminés à l’intérieur de la cuve par un conduit d’entrée, relié par exemple à la base de la cuve, et le dispositif de collecte de biogaz se présente sous la forme d’un module de couverture monté au-dessus de la cuve.
Ainsi, dans une solution décrite dans le document EP0827681B1, le module de couverture comprend une bâche souple montée sur une armature de support et à laquelle est relié un conduit de sortie du biogaz. L’armature de support de la bâche comporte une pluralité de poteaux métalliques fixés directement sur la cuve. Dans une autre solution, décrite dans la demande de brevet WO9828402A1, le module de couverture comprend un poteau central supportant une couverture tendue de sorte à former une pyramide permettant de guider le biogaz vers le poteau où il est collecté via une pluralité d’orifice et de tuyaux.
De telles solutions s’avèrent complexes et coûteuses à fabriquer et à monter, ce qui présente des inconvénients importants. De plus, dans ces solutions, l’espace intérieur de la cuve est fixe de sorte que l’efficacité de la méthanisation varie avec le volume d’effluents contenu dans la cuve. Notamment, lorsqu’il y a peu d’effluents dans la cuve, le volume d’air stagnant au-dessus des effluents est tel que la méthanisation est lente et peu efficace, ce qui présente un inconvénient important. En outre, dans de telles solutions, les eaux de pluie sont soit évacuées et ne peuvent donc pas être réutilisées, soit s’écoulent dans la cuve et peuvent représenter jusqu’à 30% du volume de la fosse, diminuant alors l’efficacité de la méthanisation. Enfin, la conversion d’une fosse à lisier en béton en méthaniseur par la pose d’un module de couverture peut générer des contraintes mécaniques sur la cuve qui n’ont pas été prévues lors de sa conception et entrainer de facto des fissures dans le béton, ce qui présente un inconvénient majeur.
L’invention vise à résoudre au moins en partie ces inconvénients en proposant une solution de module de couverture qui soit à la fois simple, fiable, efficace, robuste, peu onéreuse, aisée et rapide à monter, notamment sur une cuve d’une fosse à lisier existante, afin de capter le biogaz produit par la transformation de la fraction fermentescible des effluents d’élevage.
A cet effet, l’invention a tout d’abord pour objet un module de couverture d’une cuve de méthanisation, ladite cuve étant adaptée pour recevoir des matières organiques et comprenant un fond et au moins une paroi, notamment sensiblement verticale, délimitant une ouverture, ledit module de couverture comprenant un élément couvrant, comportant au moins une membrane souple configurée pour s’étendre dans ladite ouverture, et une unité de flottaison périphérique, se présentant sous la forme d’une bouée annulaire reliée à la périphérie de ladite au moins une membrane souple et qui est configurée à la fois pour maintenir l’au moins une membrane souple au-dessus des matières organiques afin de concentrer le biogaz produit par les matières organiques et pour se déplacer verticalement de manière étanche le long de la paroi de la cuve avec les matières organiques.
Par les termes « se déplacer de manière étanche le long de la paroi de la cuve avec les matières organiques », on entend que l’unité de flottaison périphérique, qui repose sur les matières organiques, reste sensiblement plaquée contre la paroi aussi bien quand le volume de matières organiques est fixe que quand il varie. Par les termes « verticale » et « verticalement », on entend parallèlement à la direction de la force de gravité.
Le module de couverture selon l’invention permet de capter le biogaz produit par la transformation de la fraction fermentescible des matières organiques tels que des effluents d’élevage. Un tel module de couverture se révèle simple et peu onéreux à fabriquer et à monter étant donné qu’il repose sur les matières organiques et n’est pas fixé sur la paroi de la cuve. De plus, étant donné que le module de couverture se déplace verticalement avec les matières organiques, l’espace intérieur de la cuve varie et s’adapte au volume de matière organique, ce qui améliore l’efficacité de la méthanisation. Un tel module de couverture est aussi aisé à adapter à tout type de fosse ou réservoir de stockage de liquide, notamment circulaire ou rectangulaire, de type fosse enterrée réalisée en béton, en métal ou en un matériau géotextile, par exemple de type EPDM. Le module de couverture selon l’invention peut ainsi avantageusement être utilisé avec une fosse à lisier existante afin de la transformer en méthaniseur. Une telle transformation est aisée à réaliser et ne génère pas de contraintes mécaniques sur la cuve et donc pas de fissures dans le béton. L’unité de flottaison périphérique permet d’assurer une couverture efficace des matières organiques, notamment lorsque leur volume varie. En particulier, l’utilisation d’une bouée annulaire est un moyen simple et efficace pour épouser la forme de la paroi. Cette bouée annulaire peut être creuse et gonflée avec un gaz tel que, par exemple, de l’air ou un gaz inerte tel que l’azote, ce qui est peu onéreux, ou bien être replie d’un matériau léger afin d’assurer sa flottaison au-dessus des matières organiques.
Selon un aspect de l’invention, le module de couverture comprend au moins un organe de lestage dont le poids permet d’améliorer significativement le placage de la bouée annulaire à la fois contre la ou les parois de la cuve et sur les matières organiques et d’assurer ainsi son déplacement vertical de manière étanche le long de la paroi de la cuve avec les matières organiques, améliorant ainsi le rendement du méthaniseur.
De préférence, l’au moins un organe de lestage est disposé le long de la bouée annulaire, de préférence sur toute sa longueur afin de garantir un déplacement vertical de la bouée annulaire de manière étanche tout le long de la paroi de la cuve.
Selon une caractéristique de l’invention, l’au moins un organe de lestage est disposé sur l’au moins une membrane souple, ce qui présente un moyen simple et efficace pour lester le module de couverture et assurer qu’il reste en position contre les parois de la cuve.
Dans une forme de réalisation, l’au moins un organe de lestage se présente sous la forme d’au moins un élément de lestage de type sac, par exemple rempli de sable, peu onéreux, de préférence posé sur l’au moins une membrane souple, de préférence le long de la bouée annulaire, sur toute ou partie de sa longueur. De tels sacs de sable peuvent avantageusement être installés, déplacés ou retirés très aisément du module de couverture.
En variante ou en complément, l’au moins un organe de lestage comprend un anneau de lestage disposé contre la bouée annulaire au niveau de son diamètre inférieur. Un tel anneau de lestage permet de conserver la forme circulaire de la bouée annulaire et donc du module de couverture, évitant ainsi aux eaux de pluie de déformer la membrane et de pénétrer dans les matières organiques.
En variante ou en complément, l’au moins un organe de lestage comprend une jupe lestée fixée sur la périphérie du module de couverture, de préférence sur l’intégralité de sa périphérie, de sorte à s’étendre sous le module de couverture et tirer ainsi le module de couverture vers le bas pour le plaquer contre les matières organiques et le maintenir contre la ou les parois de la cuve.
Dans une forme de réalisation, la jupe lestée comprend un fourreau, fixé à la périphérie de l’unité de flottaison périphérique, dans lequel est insérée une masse, se présentant, par exemple, sous la forme d’un tube en acier inoxydable, épousant de préférence les formes de la paroi de la cuve. Une telle jupe lestée s’avère simple à fabriquer et particulièrement efficace pour lester le module de couverture de manière équilibrée.
L’élément couvrant peut comprendre une unique membrane souple ou bien une pluralité de membranes ou de parois, par exemple liées entre elles. Par exemple, l’élément couvrant comprend une paroi inférieure souple, reliée à l’unité de flottaison périphérique et dans laquelle est formée une pluralité d’orifices d’évacuation du biogaz produit par les matières organiques, et une paroi supérieure fixée sur la paroi inférieure au niveau de sa partie centrale. La paroi inférieure peut avantageusement présenter une forme au moins en partie tronconique de manière à guider le biogaz vers le centre de l’élément couvrant où il traverse les orifices formés dans la paroi inférieure, qui s’étend de préférence sensiblement horizontalement au niveau de sa partie centrale.
De préférence, le module de couverture est agencé pour retenir les eaux de pluie afin d’éviter qu’elles ne se mélangent aux matières organiques, une telle séparation ayant l’avantage de réduire les temps et donc les coûts d’épandage. En d’autres termes, cela permet de réduire les coûts d’épandage en captant un volume important d’eau de pluie.
A cette fin, l’unité de flottaison périphérique peut avantageusement présenter une épaisseur supérieure à celle de l’élément couvrant de sorte à former une bordure périphérique de rétention des eaux de pluie. Un tel stockage des eaux de pluie permet de les réutiliser par exemple pour arroser des cultures, et permet d’éviter qu’elles s’écoulent dans la cuve et imbibent les matières organiques.
Avantageusement, l’unité de flottaison périphérique est positionnée et fixée sur l’intégralité de la périphérie de l’au moins une membrane de sorte à la maintenir efficacement sur les matières organiques. Notamment, l’unité de flottaison périphérique est fixée sur l’au moins une membrane sur l’intégralité de sa périphérie afin d’assurer la bonne étanchéité de leur liaison.
Selon un aspect de l’invention, le module de couverture comprend des moyens d’évacuation du biogaz reliés à la paroi supérieure afin de collecter le biogaz produit dans la cuve lors de la méthanisation des matières organiques.
L’invention concerne aussi un dispositif de méthanisation comprenant une cuve et un module de couverture tel que présenté précédemment, ladite cuve étant adaptée pour recevoir des matières organiques et comprenant un fond et au moins une paroi délimitant une ouverture, ledit module de couverture étant disposé dans la cuve de sorte à s’étendre dans ladite ouverture.
De préférence, le dispositif comprend une armature disposée au fond de la cuve pour supporter les matières organiques et éventuellement permettre une circulation gazeuse sous les matières organiques.
L’invention concerne enfin un système de méthanisation comprenant un dispositif de méthanisation tel que présenté précédemment et un module d’insertion de matières organiques dans la cuve.
De préférence, le système comprend un module de chauffage des matières organiques, disposé au moins en partie dans la cuve.
Avantageusement, le module de chauffage comprend un ensemble de tuyauteries de chauffage.
Avantageusement encore, l’ensemble de tuyauteries de chauffage est disposé au moins en partie au fond de la cuve et/ou sur la paroi de la cuve.
De manière préférée, l’ensemble de tuyauterie de chauffage est monté sur une armature du dispositif, disposée au fond de la cuve.
De préférence encore, le système comprend un module de recirculation du biogaz, produit par le dispositif, dans la cuve, le biogaz étant alors de préférence injecté au niveau de la partie inférieure de la cuve.
Avantageusement, le module de recirculation du biogaz comprend un ensemble de tuyauteries de diffusion de biogaz.
Avantageusement encore, l’ensemble de tuyauteries de diffusion de biogaz est disposé au moins en partie au fond de la cuve et/ou sur la paroi de la cuve.
De manière préférée, l’ensemble de tuyauterie de diffusion de biogaz est monté sur une armature du dispositif, disposée au fond de la cuve.
Selon une caractéristique de l’invention, le système comprend un module d’extraction des matières organiques.
Avantageusement, le système comprend un module de régulation du niveau des eaux de surface. Un tel module permet d’assurer que le volume des eaux de pluie soit à la fois suffisant pour permettre le déplacement par gravité de manière étanche du module de couverture le long de la ou des parois de la cuve et limité pour éviter que les eaux de pluie ne débordent dans la cuve. Ce module de régulation peut par exemple comprend un système de pompes pour évacués les eaux de surface de la membrane.
Avantageusement encore, le système comprend un module de stockage de biogaz. Un tel module, permet de stocker du biogaz produit par la méthanisation des matières organiques dans la cuve afin de le réutiliser ultérieurement.
Description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels:
La figure 1 illustre schématiquement une forme de réalisation du système selon l’invention, le dispositif de méthanisation étant représenté en coupe.
La figure 2 est une vue schématique partielle en perspective, de dessus, du dispositif de méthanisation de la figure 1.
La figure 3 représente le dispositif de la figure 2 comportant une pluralité d’organes de lestage de types sacs de sable.
La figure 4 représente le dispositif de la figure 2 comportant un unique organe de lestage disposé sur la membrane contre la bouée annulaire sur l’intégralité de la longueur de ladite bouée annulaire.
La figure 5 est une vue schématique partielle de dessus et en perspective de la cuve du dispositif de la figure 1 dépourvu de module de couverture.
La figure 6 est une vue schématique partielle de dessus et en perspective d’une autre forme de réalisation de la cuve du dispositif de la figure 1 dépourvu de module de couverture.
Description détaillée d’au moins un mode de réalisation
Le système selon l’invention permet à la fois de capter le biogaz produit par la transformation de la fraction fermentescible de matières organiques et de collecter les eaux de pluie afin d’éviter qu’elles ne se mélangent aux matières organiques. Les matières organiques peuvent être des effluents d’élevage comme du lisier de bovin, de palmipède, de porcin, ou de toute autre matière organique dont une fraction fermentescible est apte à être transformée en biogaz.
Système 1
En référence à la figure 1, le système 1 selon l’invention comprend un dispositif 10 de méthanisation et un module d’insertion 20 de matières organiques M.
Dans la forme de réalisation préférée illustrée à la figure 1, le système 1 comprend en outre un module d’extraction 30 des matières organiques M, un module de recirculation 40 de biogaz, un module de régulation 50 du niveau des eaux de surface E, un module de stockage 60 de biogaz et un module de chauffage 70.
Dispositif 10
Le dispositif 10 de méthanisation selon l’invention comprend une cuve 110 destinée à recevoir des matières organiques M et un module de couverture 120 de ladite cuve 110. Dans la forme de réalisation illustrée aux figures 1, 5 et 6, le dispositif 10 comprend en outre au moins une armature 130 disposée au fond de la cuve 110.
Cuve 110
Dans cet exemple non limitatif, la cuve 110, ou fosse, comprend un corps 110A et des moyens d’entrée des matières organiques M dans ledit corps 110A. Le corps 110A comprend un fond 112 et au moins une paroi latérale 114 s’étendant verticalement dudit fond 112 et délimitant une ouverture 116 au niveau de sa partie supérieure 110A-1. Le corps 110A peut par exemple être enterré dans le sol et être réalisé en béton ou en géotextile ou tout autre matériau adapté.
Les moyens d’entrée permettent de faire entrer les matières organiques M à l’intérieur de la cuve 110. De manière préférée, ces moyens d’entrée se présentent sous la forme d’un conduit d’entrée 118 débouchant à l’intérieur du corps 110A au niveau de sa partie inférieure 110A-2. Par les termes « inférieure », « supérieure », on entend tel que représenté sur la figure 1, c’est-à-dire pour un dispositif 10 en position d’utilisation.
Dans l’exemple illustré aux figures 1 à 5, le corps 110A présente une forme cylindrique de section circulaire de diamètre D1 et comporte une unique paroi 114 latérale. Dans l’exemple de la figure 6, le corps 110A présente une forme parallélépipédique et comporte quatre parois 114 latérales.
Module de couverture 120
Le module de couverture 120 est destiné à reposer sur les matières organiques M contenues dans la cuve 110. Par souci de clarté, les matières organiques, référencées M sur la figure 1, n’ont pas été représentées sur les figures (seule la surface S des matières organiques M a été matérialisée).
En référence aux figures 1 à 4, le module de couverture 120 est configuré pour recouvrir l’ouverture 116 de la cuve 110 de sorte à épouser la forme de la paroi 114 de la cuve 110 tout en autorisant la formation d’un espace interne 123 de collecte du biogaz. On notera que la forme du module de couverture 120 est définie par la forme de la cuve 110. Elle est ainsi de forme circulaire dans l’exemple des figures 1 à 5 et de forme rectangulaire (non représentée) dans le cas de la cuve 110 illustrée à la figure 6.
Le module de couverture 120 de la cuve 110 comprend un élément couvrant, se présentant sous la forme d’une membrane 122 souple, une unité de flottaison périphérique, se présentant sous la forme d’une bouée annulaire 126, et des moyens de sortie du biogaz.
La membrane 122 s’étend au-dessus des matières organiques M dans l’ouverture 116 délimitée par la paroi 114 de la cuve 110. La membrane 122 souple est apte à former un espace interne 123 au-dessus des matières organiques M afin de concentrer et d’évacuer le biogaz produit par la fermentation desdites matières organiques M. La membrane 122 peut par exemple être réalisé en matériau polypropylène ou dans un matériau thermiquement isolant tel qu’un isolant mince, par exemple de type ISOL CARGO®, ISOL CONTENEUR® ou TRISO SUPER 12.
La bouée annulaire 126 est un flotteur périphérique annulaire creux ou plein, par exemple gonflée d’un gaz tel que de l’air ou réalisée en matière plastique ou toute matière adaptée. La forme de la bouée annulaire 126 épouse la forme de la paroi 114 de la cuve 110 afin d’étanchéifier la cuve 110 et permettre ainsi la méthanisation des matières organiques M.
La membrane 122 est fixée sur la bouée annulaire 126 de manière étanche sur l’intégralité de la périphérie de la membrane 122. La bouée annulaire 126 présente une épaisseur supérieure à celle de la membrane 122 de sorte à former une bordure périphérique, notamment de rétention des eaux de surface E. Dans cet exemple préféré, la bouée annulaire 126 se présente sous la forme d’un anneau fixé au niveau de sa partie inférieure à la membrane 122. La membrane 122 est reliée à la bouée annulaire 126 par exemple par enroulement autour de ladite bouée annulaire 126 puis fixation de la membrane 122 sur elle-même.
La bouée annulaire 126 maintient la membrane 122 sur les matières organiques M tout en permettant à la fois son déplacement vertical le long de la paroi 114 de la cuve 110 lorsque le volume de matières organiques M varie. La bouée annulaire 126 permet aussi la rétention des eaux de surface E sur la face externe 122A de la membrane 122. Notamment, la membrane 122 est apte à recevoir un volume d’eau appelé eaux de surface E sur sa face externe 122A. La masse de ces eaux de surface E exerce une pression qui permet d’assurer à la fois que la bouée annulaire 126 vienne en appui de manière ferme sur les matières organiques M contenues dans la cuve 110 et épouse la paroi 114 de la cuve 110 pour permettre une méthanisation efficace.
Organes de lestage
Le module de couverture 120 comprend un ou plusieurs organes de lestage permettant à tout moment, notamment en l’absence d’eaux de surface sur la membrane 122, par exemple en cas de fortes chaleurs, de plaquer ledit module de couverture 120 sur les matières organiques M et contre la paroi 114 de la cuve 110 de manière étanche afin de favoriser leur méthanisation.
Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 1, les organes de lestage comprennent une jupe lestée 126A, fixée sur l’intégralité de la périphérie de la membrane 122, au niveau de la bouée annulaire 126, permettant ainsi de plaquer la bouée annulaire 126 contre la face interne 114-1 de la paroi latérale 114 de cuve 110. Dans cet exemple non limitatif, la jupe lestée 126A est réalisée en un matériau plastique et comprend au niveau de sa partie inférieure un fourreau 126A-1 dans lequel est insérée une masse 126A-2 se présentant, par exemple, sous la forme d’un tube en acier inoxydable. Une telle jupe lestée 126A s’étend dans les matières organiques M le long de la paroi 114 de la cuve 120 vers le fond de la cuve 110 et permet de plaquer le bord du module de couverture 120 (i.e. la périphérie de la membrane 122 au niveau de la bouée annulaire 126) contre la paroi 114 de la cuve 110.
Dans une autre forme de réalisation, illustrée à la figure 3, en variante ou en complément, les organes de lestage se présentent sous la forme d’un pluralité d’éléments de lestage 126B, par exemple de type sacs de sable ou tout autre lest adapté (par exemple en métal ou en matériau plastique), posés ou fixés sur la face externe 122A de la membrane 122 en étant répartis de manière sensiblement équitable. De tels éléments de lestage 126B, notamment de type sacs de sable, peuvent être placés ou déplacer aisément sur la face supérieure de la membrane 122.
Dans une autre forme de réalisation, illustrée à la figure 4, en variante ou en complément, les organes de lestage se présentent sous la forme d’un anneau de lestage 126C, par exemple de type sacs de sable ou tout autre lest adapté (par exemple en métal ou en matériau plastique), posés ou fixés sur la face externe 122A de la membrane 122. De tels éléments de lestage 126B, notamment de type sacs de sable, peuvent être placés ou déplacer aisément sur la face supérieure de la membrane 122.
Moyens de sortie du biogaz
Les moyens de sortie du biogaz se présentent dans cet exemple sous la forme d’un conduit 128 de sortie fixé à la partie centrale de la membrane 122, celle-ci étant perforée en son centre pour autoriser le biogaz à circuler à travers ledit conduit de sortie 128.
Armature 130
Dans cet exemple non limitatif, l’armature 130 permet notamment le support d’un ensemble de tuyauteries de chauffage et d’un ensemble de tuyauteries de diffusion de biogaz comme cela sera décrit ci-après en référence aux figures 5 et 6, un tel support permettant de rendre aisée l’insertion de nouvelles matières organiques M dans la cuve 110 via le conduit d’entrée 118. L’armature 130 permet en outre de supporter le module de couverture lorsqu’il n’y a pas ou peu de matières organiques M dans la cuve 110 afin d’éviter qu’il ne s’étende sur le fond 112 de la cuve. Dans la forme de réalisation illustrée aux figures 1 à 5, le dispositif 10 comprend une armature 130 et dans la forme de réalisation illustrée à la figure 6, le dispositif 10 comprend deux armatures 130. Dans ces exemples, le ou les armatures 130 comportent des pieds qui permettent une surélévation de sorte que le conduit d’entrée 118 des matières organiques M débouche sous l’ensemble de tuyauteries de chauffage et/ou l’ensemble de tuyauteries de diffusion de biogaz. Il va de soi que, dans d’autres formes de réalisation, le dispositif 10 pourrait ne pas comprendre d'armature 130 ou comprendre plus de deux armatures 130. Lorsqu’au moins une armature 130 est présente, celle-ci peut être utilisée à la fois pour supporter un ensemble de tuyauteries de chauffage ou un ensemble de tuyauteries de diffusion de biogaz ou les deux. Par ailleurs, l’ensemble de tuyauteries de chauffage et/ou de tuyauteries de diffusion de biogaz peuvent être intégrés dans l’armature 130.
Module d’insertion 20 des matières organiques M
Le module d’insertion 20 des matières organiques M est configuré pour faire circuler les matières organiques M jusqu’au conduit d’entrée 118 afin qu’elles pénètrent à l’intérieur de la cuve 110. A cette fin et dans cet exemple, le module d’insertion 20 se présente sous la forme d’une pompe d’injection des matières organiques M dans la cuve 110 via le conduit d’entrée 118. On notera que la pompe pourrait optionnellement être utilisée de manière réversible pour vider la cuve 110 via le conduit d’entrée 118.
Module d’extraction 30 des matières organiques M
Le module d’extraction 30 des matières organiques M permet de réaliser en tout ou partie la vidange de la cuve 110. A cette fin, le module d’extraction 30 comprend un conduit d’extraction 310 traversant le fond 112 de la cuve 110 et une pompe 320 permettant d’extraire ou d’aspirer les matières organiques M de l’intérieur vers l’extérieur de la cuve 110, par exemple par une canalisation d’évacuation enterrée (non représentée). En variante, le conduit d’extraction 310 peut être agencé dans la cuve 110 de manière à ne pas traverser le fond 112 (ou la/les parois 114) de la cuve 110 pour éviter de le percer.
Module de recirculation 40 de biogaz
Le module de recirculation 40 de biogaz permet de réinjecter du biogaz produit par la cuve 110 au niveau de la partie inférieure 110A-2 de la cuve 110 afin d’améliorer le processus de méthanisation. Une telle recirculation permet d’abaisser la température du biogaz par échange thermique avec les matières organiques M contenues dans la cuve 110 et permet une agitation efficace évitant ainsi la formation de croutes en surface qui serait préjudiciable à la montée du biogaz.
Pour ce faire, le module de recirculation 40 comprend dans cet exemple une pompe 410 de recirculation du biogaz connectée, d’une part, au conduit de sortie 128 du module de couverture 110 et, d’autre part, via un conduit d’injection 420 du biogaz, à un ensemble de tuyauteries de diffusion de biogaz 430 monté sur l’armature 130 et dans lequel sont formés des orifices permettant de diffuser le biogaz dans les matières organiques M. On notera qu’avantageusement, l’ensemble de tuyauteries de diffusion de biogaz 430 peut constituer lui-même tout ou partie de l’armature 130. L’injection du biogaz peut se faire par des diffuseurs de bulles ou par un ou plusieurs diffuseurs Venturi placés en sortie d’une pompe dilacératrice permettant de diffuser des bulles dans un flux laminaire de lisier.
Module de régulation 50 du niveau des eaux de surface E
Toujours en référence à la figure 1, le module de régulation 50 permet de réguler le niveau des eaux de surface E reposant sur la face externe 122A de la membrane 122. Une telle régulation peut consister à prélever une partie des eaux de surface E pour maintenir leur niveau en-dessous de la bouée annulaire 126 de sorte que les eaux de surface E ne débordent pas de la membrane 122 sur les matières organiques M, ce qui permet de garder les matières organiques M suffisamment sèches pour permettre l’épandage sur des cultures agricoles. Une telle régulation peut également consister à déverser de l’eau ou tout liquide approprié sur le module de couverture 120 lorsqu’une partie des eaux de surfaces E se sont évaporées ou ont été prélevées pour arroser des cultures agricoles. A cette fin, le module de régulation 50 peut être relié à un réservoir ou à un réseau de distribution d’eau.
Module de stockage 60 de biogaz
Le module de stockage 60 de biogaz peut par exemple se présenter sous la forme d’un gazomètre et permet de stocker le biogaz produit par la cuve 110 et acheminé via le conduit de sortie 128.
Module de chauffage 70
Le module de chauffage 70 permet de chauffer les matières organiques M contenues dans la cuve 110 afin d’accélérer leur méthanisation. Le module de chauffage 70 des matières organiques M comprend un générateur de chaleur (non représenté) placé de préférence à l’extérieur de la cuve 110 et au moins un ensemble de tuyauterie de chauffage 710 connecté au générateur de chaleur et monté au moins en partie sur la ou les armatures 130. L’ensemble de tuyauteries de chauffage 710 peut permettre la circulation d’un liquide de chauffage ou bien être constitué de résistances métalliques. On notera qu’avantageusement, l’ensemble de tuyauteries de chauffage 710 peut constituer lui-même tout ou partie de l’armature 130. Dans l’exemple illustré aux figures 1 et 5, l’ensemble de tuyauterie de chauffage 710 est monté sur l’armature 130 et s’étend aussi au moins en partie le long de la paroi 114 de la cuve 110. Dans l’exemple illustré à la figure 6, deux ensembles de tuyauterie de chauffage 710 sont utilisés, chacun de ces deux ensembles 710 étant monté sur une armature 130 et s’étendant aussi au moins en partie le long de la paroi 114 de la cuve 110. L’invention va maintenant être décrite dans sa mise en œuvre.
Mise en œuvre de l’invention
L’introduction F1 de matières organiques M à l’intérieur de la cuve 110 est réalisée par la pompe du module d’insertion 20 via le conduit d’entrée 118. Les organes de lestage 126A, 126B, 126C permettent de plaquer la bouée annulaire 126 à la fois contre la face interne 114-1 de la paroi latérale 114 du corps 110A et sur les matières organiques M contenues dans la cuve 110, étanchéifiant ainsi le dispositif 10 de manière suffisante pour permettre une méthanisation efficace des matières organiques M.
Au fur et à mesure que les matières organiques M remplissent la cuve 110, elles déplacent avec elles le module de couverture 120 vers le haut par l’intermédiaire de la bouée annulaire 126, la bouée annulaire 126 restant plaquée contre la face interne 114-1 de la paroi latérale 114, notamment grâce aux organes de lestage 126A, 126B, 126C de sorte à permettre la poursuite de la méthanisation. Le biogaz produit lors de la méthanisation des matières organiques M est alors guidé F2 vers le conduit de sortie 128 qui l’achemine F3 ensuite jusqu’au module de stockage 60 (F4) et/ou au module de recirculation 40 (F5) qui l’achemine via la conduit d’injection 420 jusqu’à l’ensemble de tuyauteries de diffusion de biogaz 430 qui le diffuse F6 dans les matières organiques M afin d’en permettre l’agitation et améliorer ainsi le processus de méthanisation.
En fonctionnement du dispositif 10, le module de régulation 50 du niveau des eaux de surface E agit pour maintenir ledit niveau constant. En d’autres termes, lorsque le volume et donc le niveau des eaux E à la surface de la membrane 122 augmente, par exemple avec la pluie, lorsque le dispositif 10 est placé en extérieur, le module de régulation 50 pompe une partie des eaux de surface E pour éviter que le poids des eaux E ne déforment la membrane 122 et débordent sur les matières organiques M. De même, lorsque le volume et donc le niveau des eaux E à la surface de la membrane 122 diminue, par exemple par évaporation, le module de régulation 50 peut déverser de l’eau sur la membrane 122 afin de maintenir le niveau des eaux de surface E à son niveau utile, en complément des organes de lestage 126A, 126B, 126C.
Lorsque le volume des matières organiques M varie, par exemple lors d’une insertion via le module d’insertion 20 ou d’une vidange via le module d’extraction 30, le module de couverture 120 se déplace verticalement avec les matières organiques M.
Il est à noter enfin que la présente invention n’est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l’homme de l’art. Notamment, la forme et les dimensions du dispositif 10, notamment de la cuve 110, du module de couverture 120 et de l’armature 130, du module d’extraction 20, du module d’extraction 30, du module de recirculation 40, du module de régulation 50, du module de stockage 60 de biogaz et du module de chauffage 70 tels que représentés sur les figures de façon à illustrer un exemple de réalisation de l’invention ainsi que les matériaux utilisés ne sauraient être interprétés comme limitatifs.

Claims (10)

  1. Module de couverture (120) d’une cuve (110) de méthanisation, ladite cuve (110) étant adaptée pour recevoir des matières organiques (M) et comprenant un fond (112) et au moins une paroi (114) délimitant une ouverture (116), ledit module de couverture (120) comprenant un élément couvrant (122), comportant au moins une membrane souple configurée pour s’étendre dans ladite ouverture (116), et une unité de flottaison périphérique, se présentant sous la forme d’une bouée annulaire (126) reliée à la périphérie de ladite au moins une membrane souple et qui est configurée à la fois pour maintenir l’au moins une membrane souple au-dessus des matières organiques (M) afin de concentrer le biogaz produit par les matières organiques (M) et pour se déplacer verticalement de manière étanche le long de la paroi (114) de la cuve (110) avec les matières organiques (M).
  2. Module de couverture (120) selon la revendication 1, comprenant au moins un organe de lestage (126A, 126B, 126C).
  3. Module de couverture (120) selon la revendication 2, dans lequel l’au moins un organe de lestage (126B, 126C) est disposé le long de la bouée annulaire, de préférence sur toute sa longueur.
  4. Module de couverture (120) selon la revendication 2, dans lequel l’au moins un organe de lestage (126B, 126C) est disposé sur l’au moins une membrane souple.
  5. Module de couverture (120) selon la revendication 2, dans lequel l’au moins un organe de lestage comprend au moins un sac (126B), de préférence rempli de sable.
  6. Module de couverture (120) selon la revendication 2, dans lequel l’au moins un organe de lestage comprend un anneau de lestage (126C).
  7. Module de couverture (120) selon la revendication 2, dans lequel l’au moins un organe de lestage comprend une jupe lestée (126A) fixée sur la périphérie du module de couverture (120), de préférence sur l’intégralité de sa périphérie, de sorte à s’étendre sous le module de couverture (120).
  8. Module de couverture (120) selon la revendication précédente, dans lequel la jupe lestée (126A) comprend un fourreau, fixé à la périphérie de l’unité de flottaison périphérique (126), dans lequel est insérée une masse.
  9. Dispositif (10) de méthanisation comprenant une cuve (110) et un module de couverture (120) selon l’une des revendications 1 à 8, ladite cuve (110) étant adaptée pour recevoir des matières organiques (M) et comprenant un fond (112) et au moins une paroi (114) délimitant une ouverture (116), ledit module de couverture (120) étant disposé dans la cuve (110) de sorte à s’étendre dans ladite ouverture (116).
  10. Système (1) de méthanisation comprenant un dispositif (10) de méthanisation selon la revendication 9, un module (20) d’insertion de matières organiques (M) dans la cuve (110) et un module de chauffage (70) des matières organiques (M) disposé au moins en partie dans la cuve (110).
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